Sử dụng bộ điều khiển PID cho từng động cơ để điều khiển vận tốc. Bộ điều khiển PID sử dụng ngõ vào là xung từ encoder, cho ra giá trị độ rộng xung cấp cho mạch công suất động cơ:
Hình ảnh 4112:Lưu đồ thuật toán chương trình bám line của robot
Sơ đồ điều khiển động cơ bằng PID:
Hình ảnh 42: Sơ đồ bộ điều khiển động cơ PID cho động cơ
Trong đó:
P (Proportional): là phương pháp điều chỉnh tỉ lệ, giúp tạo ra tín hiệu điều chỉnh tỉ lệ với sai lệch đầu vào theo thời gian lấy mẫu.
I (Integral): là tích phân của sai lệch theo thời gian lấy mẫu. Điều khiển tích phân là phương pháp điều chỉnh để tạo ra các tín hiệu điều chỉnh sao cho độ sai lệch giảm về 0. Từ đó cho ta biết tổng sai số tức thời theo thời gian hay sai số tích lũy
trong quá khứ. Khi thời gian càng nhỏ thể hiện tác động điều chỉnh tích phân càng mạnh, tương ứng với độ lệch càng nhỏ.
D (Derivative): là vi phân của sai lệch. Điều khiển vi phân tạo ra tín hiệu điều chỉnh sao cho tỉ lệ với tốc độ thay đổi sai lệch đầu vào. Thời gian càng lớn thì phạm vi điều chỉnh vi phân càng mạnh, tương ứng với bộ điều chỉnh đáp ứng với thay đổi đầu vào càng nhanh.
Sơ đồ của hiệu chỉnh PID có 3 khâu, 3 khâu này tạo thành một tổng bởi các biến điều khiển và có ký hiệu là MV.
MV (t) = P(out) +I(out)+ D(out) (23)
Khâu tỉ lệ còn gọi là độ lợi làm thay đổi các giá trị đầu ra. Tỉ lệ với sai số hiện tại. Khâu tích phân là khâu reset, tỉ lệ với biên độ sai số và thời gian sai số.
Khâu vi phân là biên độ của quá trình phân phối vi phân trên tất cả trạng thái giới hạn bởi độ lợi của vi phân.
𝑀𝑉(𝑡) = 𝐾𝑝. 𝑒(𝑡) + 𝐾𝑖∫ 𝑒0𝑡 + 𝐾𝑑.𝑑𝑒(𝑡)
𝑑𝑡 (24)
Áp dụng sơ đồ và các công thức toán để xây dựng giải thuật điều khiển cho động cơ. Sử dụng phương pháp băm xung để tìm hệ số:
Ta có độ rộng xung gần như tỉ lệ thuận với sai số e. Công thức tính độ rộng xung sẽ tính như sau:
𝑋 = 𝐾𝑝. 𝑒 + 𝐾𝑖∫ 𝑒0𝑡 + 𝐾𝑑𝑑𝑒(𝑡)
𝑑𝑡 (25)
Theo thực tế do đo bằng encoder, băm xung ra động cơ theo công thức trên, nhưng do X là độ rộng xung nên không thể là số âm. Ta có:
𝑋 = 𝑋0+ 𝐾𝑝. 𝑒 + 𝐾𝑖∫ 𝑒0𝑡 + 𝐾𝑑𝑑𝑒(𝑡)
𝑑𝑡 (26)
Với : X là độ rộng xung, e là sai số. Kp là hệ số
X0 là 1 hằng số để khi kết quả 𝐾𝑝. 𝑒 + 𝐾𝑖∫ 𝑒0𝑡 + 𝐾𝑑𝑑𝑒(𝑡)
𝑑𝑡 âm thì X cũng
Dựa vào thực nghiệm ta có các chỉ số cân bằng đối với từng động cơ trong quá trình khởi chạy ban đầu và di chuyển:
+) Động cơ 1: có Kp1=0.0178; Kd1 = 0.10546. +) Động cơ 2: có Kp2=0.014954; Kd2=0.1156.
3.3.1.3 Lưu đồ thuật toán điều khiển module phục vụ: Điều khiển hiển thị
- Điều khiển màn hình HMI theo phương thức UART:
• UART có tên đầy đủ là Universal Asynchronous Receiver –
Transmitter. Nó là một mạch tích hợp được sử dụng trong việc truyền dẫn dữ liệu nối tiếp giữa máy tính và các thiết bị ngoại vi.
•UART có chức năng chính là truyền dữ liệu nối tiếp. Trong UART, giao tiếp giữa hai thiết bị có thể được thực hiện theo hai phương thức là giao tiếp dữ liệu nối tiếp và giao tiếp dữ liệu song song.
Hình ảnh 44: Giao tiếp UART
•Giao tiếp dữ liệu nối tiếp có nghĩa là dữ liệu có thể được truyền qua
một cáp hoặc một đường dây ở dạng bit-bit và nó chỉ cần hai cáp. Nó yêu cầu số lượng mạch hay như dây rất ít. Giao tiếp này rất hữu ích trong các mạch ghép hơn giao tiếp song song.
•Giao tiếp dữ liệu song song có nghĩa là dữ liệu có thể được truyền qua
Vì vậy, giao tiếp song song tốn kém nhưng đổi lại rất nhanh, nó đòi hỏi phần cứng và cáp bổ sung.
Thiết kế giao diện điều khiển:
Thiết kế trên phần mềm của hãng TJC UART HMI:
Hình ảnh 45: Giao diện phần mềm thiết lập giao diện trên màn HMI
- Giao diện khởi động của hiển thị giao tiếp:
Hình ảnh 46: Giao diện khởi động của hiển thị giao tiếp
Hình ảnh 47: Giao diện chính
- Giao diện quản lý di chuyển của robot
Hình ảnh 48: Giao diện quản lí di chuyển robot
- Giao diện quản lý cài đặt tốc độ di chuyển và âm thanh
Hình ảnh 49: Giao diện quản lý cài đặt tốc độ di chuyển và âm thanh
Hình ảnh 50:Giao diện số lượng đặt món tại số bàn
- Giao diện quản lý đánh giá chất lượng:
Hình ảnh 51: Giao diện quản lý đánh giá chất lượng
- Giao diện Menu chọn món:
Hình ảnh 52: Giao diện Menu chọn món
Hình ảnh 53: Giao diện đánh giá chất lượng phục vụ
- Cài đặt line:
Hình ảnh 54: Cài đặt line
Điều khiển loa
Trên hệ thống âm thành của robot sẽ lưu trữ hai thư mục âm thanh chính là 1.wav và 2.wav lần lượt là file giới thiệu về nhà, hàng khách sạn và file còn loại sẽ giới thiệu thực đơn.
Khi robot đang trên đường line, robot sẽ phát âm thanh giới thiệu về nhà hàng, khách sạn. Khi robot đã đến được vị trí bàn thì robot sẽ phát âm thanh giới thiệu thực đơn các món ăn.
Hình ảnh 55: Lưu đồ thuật toán sử dụng loa
3.3.1.4 Điều khiển robot tìm vị trí di chuyển a) Điều khiển vị trí
Sơ đồ bố trí các bàn và đường di chuyển của robot có dạng như hình vẽ:
Hình ảnh 56: Sơ đồ vị trí bàn và đường di chuyển cho robot
- Robot sử dụng cảm biến dò đường để đi theo đường line và phân biết hướng rẻ khi đi qua các ngã ba. Với mỗi ngã 3 sẽ có cảm biến phát hiện và tăng bộ đếm xác định đúng vị trí bàn để thực hiện nhiệm vụ.
- Khi robot đến ngã ba, robot sẽ dò line thấy được bên trái hoặc bên phải để thực hiện việc rẽ sang trái hoặc sang phải. Với mỗi bên robot sẽ thực hiện bộ đếm để xác định được số thứ tự bàn với bên trái là số lẻ, bên phải là số chẵn.
- Khi kết thúc đường đi, có điểm kết thúc ở cuối đưởng. Robot dò ra tại đó gặp ngã tư, nhận biết được nhờ cảm biến dò đường và thực hiện quay đầu để trở về trị trí xuất phát.
- Điều khiển robot quay đầu sau khi đã đi hết đường chỉ định. Robot sẽ thực hiện việc quay đầu trở về vị trí xuất phát.
b) Khi robot gặp vật cản
- Cảm biến vật cản báo về thông báo cho bộ phận điều khiển, để xác nhận xem có vật cản ở tiếp đó không. Nếu có robot đưa ra thông báo bằng âm thanh, và dừng tại đó cho đến khi cảm biến xác nhận không còn vật cản nữa. Nếu không có vật cản, thì robot tiếp tục thực hiện công việc đã được lập trình.
- Lưu đồ thuật toán:
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN 4.1. Kết quả đạt được
4.1.1 Lý thuyết
- Thiết kế mô hình và lựa chọn cơ cấu hợp lý.
- Tính toán bài toán động học, động lực học cho Robot di động.
- Tính toán được bài toán phục vụ lễ tận.
4.1.2 Thực nghiệm
- Thiết kế sơ đồ đường đi và hướng di chuyển cho robot như hình dưới:
- Thiết kế thành công mô hình robot phục vụ lễ tân.
- Đảm bảo an toàn sử dụng.
- Lập trình tương tác hiển thị bằng thiết bị màn hình HMI.
- Đạt được mục tiêu đề ra.
• Dưới đây là một số hình ảnh mô hình:
Hình ảnh 59: Hình ảnh mô hình số 2
4.1.3 Hạn chế
- Do kiến thức và thời gian nghiên cứu phát triển hạn chế nên robot vẫn
gặp một vài hạn chế sau:
- Kết cấu, hình dạng Robot chưa thực sự đạt tính thẩm mỹ, robot còn thô
sở và chưa được cứng cáp.
- Hệ thống di chuyển chưa ổn định.
- Robot hoạt động chưa thật sự chính xác hoàn toàn so với mặt lý thuyết.
- Vẫn còn độ trễ so với tính toán ban đầu.
- Giao diện người dùng chưa thực sự bắt mắt.
4.2. Đánh giá và định hướng phát triển
- Nâng cấp thiết kế cơ khí để có thể chở được nhiều khay đồ ăn hơn, chở
được nhiều sản phẩm nặng hơn.
- Thiết kế hình dáng bắt mắt cho Robot phục vụ lễ tân giúp robot có vóc
dáng thân thiên với người dùng hơn.
- Tích hợp thêm hệ thống IoT để khi khách đặt hàng có thể hiển thị trực tiếp trên thiết bị kết nối từ xa.
- Thêm tính năng xử lý giọng nói giúp Robot phục vụ lễ tân giao tiếp
giọng nói với khách hàng.
- Chuẩn hoá các module để dễ dàng phát triển và sản xuất công nghiệp.
- Nghiên cứu những công nghệ mới để phát triển áp dụng vào robot phục
vụ lễ tân.
1. TÀI LIỆU THAM KHẢO
1.1Các sách tham khảo:
[1].PGS.TS.Trịnh Chất-TS. Lê Văn Uyển, Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí, Nhà xuất bản Giáo Dục, 2007.
[2]. Hà Văn Phương, Giáo Trình đo lường và cảm biến, Đại học Công nghiệp Hà Nội: NXB Khoa học &kỹ thuật, 2013.
[3]. Spyros G. Tzafestas, Introduction to Mobile Robot Control
[4]. Prof. Alessandro De Luca, Wheel Mobile Robots Introduction anh Kinematic Modeling
[5]. Ronal Siegward - Illah Reza Nourbakhsh - Davide Scaramuzza, Introduction to Autonomous Mobile Robots
1.2 Các web tham khảo:
[1]http://stivietnam.com/robot-keo-hang-tu-dong/ [2]https://www.google.com.vn/search?tbm=isch&q=xe%20AGV%20ch%E1 %BB%9F%20h%C3%A0ng#imgdii=3huNhJCxX8Sd6M:&imgrc=0g8S2gRv2x8ep M [3]https://www.google.com.vn/search?tbm=isch&q=xe%20AGV%20n%C3 %A2ng [4]http://home.deib.polimi.it/gini/robot/docs/siegwart.pdf?fbclid=IwAR2ZXd bWW6Md_djJPlduTgCeeeVElDsmwerNwNNbsed-zsEUEhz5jmuzT5Y [5]https://www.dis.uniroma1.it/~deluca/rob1_en/16_MobileRobotsKinemati cs.pdf?fbclid=IwAR1GPXpvJ1E3IjSLdi30hlo4gy9NDEgfBEd8_- GCnRDeqDnL8fRn6KzIRow [6]http://www.roboconshop.com/San-Pham/Robocon/Banh-xe/Banh-xe-
[7]http://mualinhkien.vn/san-pham/1898/dong-co-phat-dien-giam-toc- 1224v-ds400-500g.html [8]https://banlinhkien.shop/banh-da-huong-omni-wheel-58mm [9]https://nshopvn.com/product/xi-lanh-dien-12v/?variant=26821 [10]https://baikiemtra.com/cong-nghe/giai-bai-tap-cong-nghe-8-truyen- chuyen-dong-2064.html [11]https://store.arduino.cc/usa/arduino-mega-2560-rev3 [12]http://www.roboky.com/board-cong-suat-mach-cau-h-dung-ir2184- id135.html [13]http://arduino.vn/bai-viet/1107-gioi-thieu-ve-module-lm2596-giai- thuong-tuan-4 [14]https://maybommini.com/san-pham/binh-ac-quy-kho-mini-12v-1-2ah [15]http://codientuvina.com/pin-lipo.html [16]https://thegioichip.com.vn/products/do-lai-adc-avr [17] https://chotroihn.vn/cam-bien-sieu-am-srf04